Forståelse af stivhed

1. Definition: Hvad er stivhed?

Stivhed er en fundamental fysisk egenskab, der beskriver i hvilken grad et objekt eller en struktur modstår deformation eller afbøjning som reaktion på en påført kraft. I sammenhæng med Vibrationsanalyse, stivhed (ofte betegnet med bogstavet 'k') er en af de tre nøgleegenskaber, sammen med masse (m) og dæmpning (c), der styrer vibrationsadfærden i ethvert mekanisk system.

En komponent med høj stivhed vil afbøje meget lidt under en given belastning, mens en komponent med lav stivhed vil afbøje betydeligt. For eksempel har en tyk, kort stålstang høj stivhed, mens en lang, tynd gummirem har meget lav stivhed.

2. Stivhedens afgørende rolle i vibrationer

Et systems stivhed er en primær faktor i bestemmelsen af dets naturlige frekvenserDen naturlige frekvens er den frekvens, hvormed et system vil oscillere, hvis det forstyrres og derefter får lov til at vibrere frit. Forholdet er defineret af den grundlæggende formel:

Naturfrekvens (ωn) ≈ √(k / m)

Hvor 'k' er stivheden og 'm' er massen. Denne sammenhæng viser, at:

• Øget stivhed vilje øge den naturlige frekvens.
• Faldende stivhed vilje formindske den naturlige frekvens.
• Stigende masse vilje formindske den naturlige frekvens.

3. Stivhed og resonans

Dette forhold er kritisk vigtigt på grund af fænomenet resonansResonans opstår, når en tvangsfrekvens (som f.eks. løbehastighed (af en maskine) matcher en af systemets naturlige frekvenser. Når dette sker, forstærkes vibrationsamplituden dramatisk, hvilket ofte fører til for tidligt slid og katastrofale fejl.

Forståelse af stivhed er derfor afgørende for at diagnosticere og løse resonansproblemer:

• Problemdiagnose: Hvis en maskine er i resonans, ved analytikeren, at tvangsfrekvensen er for tæt på en naturlig frekvens.
• Løsningsdesign: For at løse problemet skal analytikeren ændre systemets naturlige frekvens. Da det ofte er vanskeligt at ændre en maskines masse eller tvangsfrekvensen (dens kørehastighed), er den mest almindelige løsning at ændre stivheden. Ved at tilføje afstivere, foldekile eller forbedre maskinens fundament øges systemets stivhed. Dette hæver den naturlige frekvens, flytter den væk fra tvangsfrekvensen og eliminerer resonanstilstanden. A Frekvensresponsfunktion (FRF) Måling bruges til at bekræfte ændringen i den naturlige frekvens.

4. Stivhed i maskindiagnostik

Ændringer i stivhed kan også være en direkte indikator for en udviklende forkastning:

• Løshed: En løs monteringsbolt eller en revne, der opstår i en maskins ramme eller fundament, repræsenterer et betydeligt tab af lokal stivhed. Dette vil forårsage, at maskinens vibrationsamplitude øges. I FFT-spektrum, mekanisk løshed genererer ofte en række harmoniske (1X, 2X, 3X osv.) af løbehastigheden.
• Blød fod: Denne tilstand, hvor en maskinfod ikke sidder fladt på sin base, skaber en forvrænget og ikke-lineær stivhedsprofil, hvilket kan føre til høje vibrationer og gøre justering vanskelig.
• Lejeslid: Efterhånden som et leje slides, øges spillerummet mellem rulleelementerne og lejeringene. Dette kan ses som et fald i den samlede stivhed af rotorstøttesystemet, hvilket kan sænke rotorens kritiske hastigheder.

← Tilbage til hovedindekset